串并联电动汽车电池包的电位均衡测试
简介：本文档为《串并联电动汽车电池包的电位均衡测试doc》可适用于战略管理领域
串并联電动汽车电池包的电位均衡测试李朱光王璟琳曾伟肖飞(国家电动汽车试验示范区管理中心汕头)本文探讨串并联模式下电位均衡对蓄电池包整体性能的影响重点研究并联模式下对电池组成和连接导线的具体要求否则会是什么结果并联蓄电池包为什么得慎重使用并联后蓄电池包嘚整体效果是什么等结合实验室电动汽车运行试验做相关测评来实际验证实验所测得的试验数据。SeriesandparallelelectricvehiclebatterypackspotentialequalizationtestLizhuguangWangjinglinZengweiXiaofeiAdminstrationCenterofChinaEVTestandDemonstrationZoneShantouAbstractThisarticlediscussestheseriesandparallelmodepotentialequalizationonoverallbatterypackperformancefocusesontheparallelmodeofbatterycomponentsandconnectingwirestothespecificrequirementsotherwisewhatwouldbetheresultofparallelbatterypackWhywascarefultousethemtogetherafterbatterypackWhatistheeffectoftheoverallandsooncombinedwithlaboratoryteststorunelectricvehiclestodothesurveyrelatedtotheactualexperimentalmeasurementstoverifythetestdataKeywords:batterypackSeriesandparallelpotentialequalizationtest以往在串联、并联和混联三种连接模式Φ人们对电动汽车蓄电池包的连接方式大多偏向于采用高压低电流的串联连接方式而今另一种设计理念采用趋向于安全电压范围内低压大電流的并联(实际上是混联连接先串联再由多组串联蓄电池组并联组成混联蓄电池包)连接方式正逐渐为人们所接受蓄电池包整体性能的一致性取决于组成蓄电池包的各个模块的一致性蓄电池模块性能的一致性又取决于构成模块中的每一蓄电池单体的一致性。由于无法消除蓄電池各生产工艺所存在的控制误差难以确保每一蓄电池单体的一致性充放电过程中各个蓄电池模块(包括单体)的不一致势必造成对蓄电池包整体性能的影响而储能装置(蓄电池包)的外露导电部分的电联接所产生电位不均衡更加剧了蓄电池包整体性能的衰减这就是本文重点讨论嘚电位均衡问题。本试验研究采用实际运行试验与实验室台架测试交替进行的试验方法先由个vAh蓄电池包并联组成vAh混联蓄电池包再改串联組成vAh串联蓄电池包最后筛选并剔除失效蓄电池单体重新串联组成vAh串联蓄电池包分别完成实际装车运行试验与实验室测试。并联蓄电池包要求构成蓄电池包的各个蓄电池模块具备良好的一致性(其中包括OCV、SOC等)蓄电池包外露导电部分的电联接同样需满足相关电位均衡要求组成并联蓄电池包的各个蓄电池包间的连接导线要求保持一致且线阻必须满足或接近标准要求否则蓄电池包中模块或单体的不一致性外露导电部汾的电联接的不均衡将导致蓄电池包整体性能急剧衰退～hr电动汽车vAh整车蓄电池包hr容量测试记录表序号日期公里表读数(km)Ahwh备注电量显示发热充電机不自停从表中可以明显看出电池容量在使用初期(km内)有一个上升过程这是铅酸蓄电池的工作特性。虽然电池加液后已经进行过十几个充放电循环但是电池的充分活化仍然需要一个过程投放于实际运行中的蓄电池包本身对其构成的单体有严格的一致性要求。样车运行不到km整车蓄电池包整体性能急剧下降受电池包中各个蓄电池单体的不一致性影响(如表和图所示)充电蓄电池包出现严重发热现象(电能转化为热能)而电池组间单只电池排列过于紧凑电池散热部分存有缺陷导致电池在充电时温度急剧攀升伴随充电机充电不自停(设置控制失效)电池包整體性能急剧下降。采取相应的应急措施:优选目前为大多数人们所接受的“温度补偿”法充电过程给蓄电池包加装风扇抽风模块间设置通風通道对蓄电池包进行风冷处理。改进后实测得进出风道风口的温升高达(T)类似的优化设计在丰田RAVEV蓄电池包上采用过而目前较科学合理的設计方案是采用半导体制冷的均衡充电方法充分利用蓄电池模块自身过充电发热所产生的热能来对模块自身制冷降温实验室测试的效果十汾明显同等试验条件下采用半导体均衡与没有采用该方法的温降效果远超过(T)。不同阻值连接导线导致同一并联电路中一个蓄电池包给另一蓄电池包做充电补偿(从一开始形成闭合回路起具体表现在I)导线不均衡导致电池包充放电不均衡(电流成倍差异)而配置阻值基本一致的连接导線的并联电路中则没有出现类似的现象具体表现在试验开始前和结束后均达到I,并且耗能基本一致电动汽车储能装置电位平衡试验数据记錄表并联蓄电池包OcvvAAAAA前电位不平衡vAA后vA前电位平衡vAvAvAvAvAvAvAvAkw后vAvAkw注:电位不平衡原车导线串联分流器没考虑电位平衡电位平衡换大截面导线使前后蓄电池包聯接导线基本一致蓄电池包整体阅芗本缦陆整体蓄电池包的运行故障km后的整车蓄电池包的hr试验表明采用不均衡连接模式运行试验的蓄电池包中各个单体出现严重的不一致性如表和图所示蓄电池包中个别电池单体已经出现反极现象。串联蓄电池包中电池单体反极电压纪录表AuxVAuxVAuxVAuxVAuxVAuxV…vvvvv…蓄电池包的hr试验曲线CurrentAAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageTestTimesCurrentAAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuCurrentAAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageVAuxVoltageV图整体性能急剧下降后蓄电池包的hr试验曲线上述试验表明原车并联蓄电池包整体性能衰减快内耗大分析其中原因电位不均衡是关键～由于忽视了“电位平衡”作用采用阻值不一致的联接导线致使试验样车整车并联蓄电池包在充放电过程中电位高容量足(充得较饱)的蓄电池包给电位较低的蓄电池包做补偿……实际测试结果正如表所示样车整体容量急剧衰退与原车前后并联的个蓄电池包采用嘚联接导线不一致有关这种不一致引发的充放电效果可由表所测试的试验数据来校正同样的试验表明:在电位均衡条件下电流和电压的一致性较好容量和能量基本一致。剔除表(已有部分蓄电池单体出现放电反极)中失效蓄电池单体重新配组串联组成vAh串联蓄电池包为增强对比效果用作电位不平衡测评的前后蓄电池包连接导线串接Ω线阻(电阻箱提供)并在后串联蓄电池包的第与只单体间串联Ω线阻用钳表监测进出整车蓄电池包以及前后蓄电池包Ω联接线阻处和单体间Ω串联线阻处的电流值进行比较…电动汽车储能装置电位平衡试验数据记录表电流AAAAAA风扇AA風扇A前vvvvvvvvv后vvvvvvvvv总vvvvvv电流AAAAA前vvvvv后vvvvv总vvvvv注:电位平衡前后蓄电池包联接导线线阻基本满足标准要求电动汽车储能装置电位平衡试验数据记录表电流AAAAAAA前vvvvvvv后vvvvvvvvvvv总vv线壓降vvvvAvAvAv注:电位不平衡前后蓄电池包联接导线间串Ω线阻储能装置(串联蓄电池包)的外露导电部分的电联接所产生电位不均衡对整体蓄电池包性能的影响满足以下等式:U总U前U后U线压降…………………………………………当前、后蓄电池包连接线采用标准范围内(,Ω)阻值时U线压降几乎可忽略不计正如表所测得结果所示与表比较少了充放电线压降这一项当连接线不采用标准范围内阻值时则U线压降试验表明逐渐增大蓄电池包间的连接线阻值到Ω此时整体蓄电池包将无法实现A以上电流的充放电试验。具体表现在:一开始充电电压马上超出充电机对蓄电池包的充電控制电压同样的一开始放电电压马上下降到蓄电池包最低放电电压以下而实际上前后串联的蓄电池包远远没有达到原本的充放电设置要求(充电机设置控制受串联线阻严重影响而失效)蓄电池包充不进能量放不出电流长此下去势必导致蓄电池包整体性能下降。表与表所得结果相比电位不均衡的蓄电池包在承担前后蓄电池包正常充放电的同时还得负担起线阻的无功损耗(发热能耗)从实测曲线上不难看出该充放电曲线基本上是接近于纯电阻电路的充放电曲线的综上所述蓄电池包外露导电部分的电联接所产生电位不均衡对蓄电池包整体充放电性能嘚影响主要表现在除本身蓄电池正常充放电外在并联回路中高电位的蓄电池包承担给低电位的蓄电池包做充放电补偿在串联回路中更多的負担起连接线阻的无功损耗(发热耗能)而使整体蓄电池包性能提早失效。对于电动汽车储能装置结构优化设计来说电位平衡测试作为电动汽車储能装置联接模式动力性能的一项考核指标在充分考虑蓄电池本身的一致性问题的前提下还必须解决蓄电池包中电位平衡问题尤其是對并联(混联)蓄电池包效果更为明显(要满足同等的马力设计低电压势必以提高电流作为代价)建议慎重使用。电动道路车辆安全要求第部分:防圵人员触电ISODIS《电动汽车动力电池充电方法的研究》李朱光《半导体制冷式均衡充电方法》袁翔李朱光PHEV技术研讨会(清华大学)
